Cilvēka šūnu līnijas: kas tās ir un kam vajadzīgas

Šie trīs jēdzieni bieži tiek lietoti kā sinonīmi, lai gan tie nozīmē dažādas lietas un dažādu pētījuma ticamības pakāpi.

Darbs ar šūnu kultūrām ir stingri standartizēts, jo gandrīz jebkura kļūda beidzas ar piesārņojumu vai kultūras bojāeju. Visas manipulācijas notiek sterilā plūsmas skapī, bet šūnas aug inkubatorā, kur tiek uzturēta ķermeņa temperatūrai tuva vide un stabils oglekļa dioksīda līmenis.

1. Audu paraugu sadala un ar fermentiem atbrīvo atsevišķas šūnas.
2. Šūnas ievieto barotnē ar barības vielām, aminoskābēm un augšanas faktoriem.
3. Kad šūnas aizpilda trauka dibenu, tās atdala un pārsēj jaunos traukos, un katra šāda reize ir viens pasāžas solis.
4. Daļu šūnu iesaldē šķidrā slāpeklī, lai būtu pieejams zemas pasāžas krājums.
5. Regulāri pārbauda līnijas identitāti un mikoplazmas klātbūtni.

Katrai plaši lietotai līnijai ir sava izcelsme un savas īpašības, un tieši tās nosaka, kādiem jautājumiem tā ir piemērota. Neviena līnija nav universāla, un izvēle, kas neatbilst jautājumam, ir viens no biežākajiem metodoloģiskajiem trūkumiem.

Dažas no plašāk lietotajām ir HeLa, kas iegūta no dzemdes kakla audzēja, HEK293, kas iegūta no cilvēka embrionālās nieres audiem, Jurkat, kas iegūta no T limfocītu leikozes, MCF-7, kas iegūta no krūts audzēja, Caco-2, ko izmanto zarnu barjeras modelēšanai, HepG2 aknu vielmaiņas pētījumiem, A549 plaušu audu modelēšanai un SH-SY5Y neirobioloģijas pētījumiem.

• Audzēja izcelsmes līnijas: pieejamas, izturīgas, bet ar izmainītu ģenētiku.
• Vīrusu vai gēnu ievadīšanas ceļā nemirstīgotas līnijas: labāk kontrolēta izcelsme.
• Normālas diploīdas šūnas ar ierobežotu mūžu: vistuvāk dzīvam audam, bet neērtas ilgtermiņa darbam.
• Inducētas pluripotentas cilmes šūnas: iegūtas no pieauguša cilvēka šūnām, ļauj modelēt konkrēta pacienta slimību.

Šūnu līnijas nav tikai akadēmiska lieta. To pielietojums ir tiešā veidā jūtams ārstniecībā, lai gan pacients par to parasti nezina.

Vakcīnu ražošanā jau gadu desmitiem izmanto cilvēka diploīdas šūnu līnijas ar ierobežotu mūžu, jo vīrusus nepieciešams pavairot dzīvās šūnās. Gēnu terapijā un vīrusu vektoru ražošanā izmanto nemirstīgotas līnijas, kas spēj ražot lielus vīrusa daudzumus.

• Zāļu kandidātu pirmā atlase, pirms tiek apsvērti izmēģinājumi ar dzīvniekiem.
• Toksicitātes pārbaude, tostarp kā alternatīva izmēģinājumiem ar dzīvniekiem.
• Vakcīnu un vīrusu vektoru ražošana.
• Audzēju bioloģijas pētniecība un zāļu rezistences mehānismu izpēte.
• Slimību modelēšana, izmantojot konkrēta pacienta šūnas.
• Molekulārās diagnostikas metožu izstrāde un kontroles paraugi laboratorijās.

Lielākā daļa problēmu laboratorijā nav dramatiskas, bet tās klusi sagrauj rezultātu ticamību. Divas ir izteikti biežākas par pārējām.

Pirmā ir šūnu līniju sajaukšana un savstarpējs piesārņojums. Strauji augoša līnija, kas nejauši nonākusi citā traukā, dažu pasāžu laikā var pilnībā izspiest sākotnējo. Rezultāts ir pētījumi, kas formāli ir par vienu audu tipu, bet patiesībā veikti ar pavisam citu.

Otrā ir mikoplazmas piesārņojums. Šīs sīkās baktērijas nemaina barotnes izskatu un mikroskopā nav redzamas, bet tās izmaina šūnu vielmaiņu, augšanas ātrumu un gēnu ekspresiju. Tāpēc pārbaudi veic regulāri, nevis tikai tad, kad kaut kas izskatās aizdomīgi.

Trešā, mazāk pamanāmā, ir ģenētiskā novirze. Ar katru pasāžu populācijā atlasās straujāk augošās šūnas, un pēc daudzām pasāžām līnija vairs neuzvedas tāpat kā sākumā. Tieši tāpēc laboratorijas strādā ar iesaldētiem zemas pasāžas krājumiem, nevis gadiem uztur vienu un to pašu kultūru.

Mūsdienu standarts ir īso tandēma atkārtojumu profilēšana. Tā analizē noteiktus ģenētiskos marķierus, kuru kombinācija katram cilvēkam ir praktiski unikāla. Tas ir tas pats princips, uz kura balstās tiesu ekspertīzes identifikācija.

Iegūto profilu salīdzina ar publiskajās datubāzēs pieejamo atsauces profilu. Ja profils nesakrīt, līnija nav tā, par ko to uzskata. Daudzi zinātniskie žurnāli mūsdienās pieprasa šādu apliecinājumu pirms publikācijas pieņemšanas.

• Īso tandēma atkārtojumu profilēšana: līnijas identitātes apstiprināšana.
• Mikoplazmas tests: regulāri, parasti ar molekulāro metodi.
• Kariotipēšana: hromosomu skaita un uzbūves novērtēšana.
• Pasāžas skaita uzskaite: obligāta laboratorijas dokumentācijas daļa.
• Salīdzinājums ar starptautisko kolekciju atsauces datiem.

HeLa līnija tika iegūta 1951. gadā no Henrietas Leksas, afroamerikāņu sievietes, kura ārstējās no dzemdes kakla vēža un kura no šīs slimības nomira. Šūnas tika paņemtas un pavairotas bez viņas vai ģimenes ziņas, kas tā laika praksē nebija nekas neparasts.

Līnija kļuva par vienu no izmantotākajiem materiāliem medicīnas vēsturē, bet ģimene gadu desmitiem par to nezināja un neguva nekādu labumu. Stāsts ir kļuvis par vienu no galvenajiem piemēriem, uz kura balstās mūsdienu prasības par informētu piekrišanu audu izmantošanai pētniecībā.

Praktiskās sekas ir taustāmas: mūsdienās cilvēka audu izmantošanai pētniecībā nepieciešama informēta piekrišana un ētikas komitejas atļauja, un Latvijā šis process ir regulēts gan nacionālajā, gan Eiropas Savienības līmenī.

Šī, iespējams, ir svarīgākā doma, kas reti parādās kopsavilkumos. Šūnu kultūra ir vienkāršots modelis, un tieši šī vienkāršība ir gan tās stiprā, gan vājā puse.

Plakanā traukā augošas šūnas atrodas nedabiskā vidē: tās aug vienā kārtā uz plastmasas, bez asinsrites, bez imūnsistēmas, bez blakus esošajiem citu tipu audiem un bieži bez mehāniskās slodzes, kas dzīvā audā ir pastāvīga. Daudzas zāles, kas šūnu kultūrā darbojas lieliski, cilvēka organismā neder.

Tieši tāpēc pēdējos gados attīstās sarežģītāki modeļi: trīsdimensiju kultūras, organoīdi, tas ir, no cilmes šūnām audzētas miniatūras orgāna struktūras, un mikroshēmās izvietotas audu sistēmas. Tie neaizstāj klīniskos pētījumus, bet padara sākotnējo atlasi daudz ticamāku.

Praktiskais secinājums lasītājam ir vienkāršs: ziņa par „izārstētu slimību" bieži nozīmē, ka kaut kas ir izdevies šūnu kultūrā vai pelēs, un ceļš no turienes līdz zālēm aptiekā ir garš, dārgs un bieži nenoiets līdz galam.